Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Энергоресурсы: прогнозы и реальность

Левинзон С. В.,

2. Возобновляемые ресурсы

 Рассмотрим более подробно, что  представляют собой возобновляемые ресурсы.

  Возобновляемые природные ресурсы при определенных естественных условиях по мере их использования могут постоянно восстанавливаться. К ним относятся растительность и животный мир, ряд минеральных ресурсов, например накапливающаяся в озерах соль, отложения торфа, а также отчасти почвы. Однако для их восстановления и обеспечения расширенного воспроизводства необходимо создание определенных условий.

Восстановление возобновляемых ресурсов происходит с различной скоростью. Для образования 1 см. гумусового слоя почвы требуется 300- 600 лет, восстановления вырубленного леса - десятки лет, популяции охотничьих животных - годы. Следовательно, темпы расходования возобновляемых ресурсов должны соответствовать темпам их восстановления, в противном случае возобновляемые природные ресурсы могут стать не возобновляемыми: почвы - эродировать, виды животных и растений - полностью исчезнуть[2.1].

 Вред возобновляемым ресурсам может восполняться до известной степени силами самой природы. Так, загрязненный воздух рассеивается и перемешивается со свежим в результате движения воздушных масс. Выброшенные в атмосферу газы, сажа и пыль уносятся, концентрация этих веществ уменьшается, частично они осаждаются и в малых количествах становятся безопасными. Загрязнению водоемов противодействует разнообразная водная биота: водоросли, микробы, беспозвоночные.

 Своей деятельностью они уничтожают загрязняющие вещества, разлагая и используя их в пищу, а затем сами становятся пищей для других живых существ. Самоочищению водоемов способствует разбавление загрязненной воды свежей. Происходит самовозобновление растительности и животных.

 Что касается возобновляемых ресурсов, то еще недавно казалось, что для них не стоит вопрос о конечности или заменимости. Однако сейчас ясно, что это справедливо разве что только в отношении ветра и океанских течений. Возобновляемость - отнюдь не синоним неисчерпаемости. Все зависит от соотношения скоростей изъятия и возобновления и от ранимости природной системы [2.2].

  Потенциально возобновляемые - ресурсы, запасы которых хотя и могут быть истощены или загрязнены в результате слишком быстрого потребления, однако в нормальных условиях восстановятся в результате естественных процессов (деревья, пресные воды рек и озер, почвы, дикие животные).          

 Биологические ресурсы Арктики должны пониматься в широкой биолого-экологической трактовке. С одной стороны, это возобновляемые ресурсы, непосредственно используемые в хозяйственной деятельности: охотничье-промысловые животные, ресурсы рыб и других водных организмов, промысловые морские млекопитающие, пастбищные ресурсы северных оленей, кормовые ресурсы лугов.

 К относительно возобновляемым ресурсам необходимо отнести и лесные ресурсы, в частности древесину.

Плата за природные ресурсы включает и платежи на восстановительное природопользование - поддержание возобновляемых ресурсов территорий в устойчивом продуктивном состоянии (рыборазведение, агролесомелиорация, противоэрозионные меры, рекультивация и т. п.).

Эксплуатация биологических ресурсов. Из числа возобновляемых ресурсов большую роль в жизни человека играет лес, который имеет немаловажное значение как географический и экологический фактор. Леса предотвращают эрозионные процессы в почвах, служат барьером для поверхностных вод, т. е. являются накопителями влаги и регулируют оптимальный режим грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и другая дичь. В России леса занимают около 760 млн. га, или 33 % всей ее суши, и являются одним из ее основных природных богатств [2.2].

   Более сложны проблемы использования возобновляемых ресурсов. В целом в мире их количество и качество сократилось под воздействием деятельности человека. Поскольку важнейший источник возобновляемых ресурсов это фотосинтез, создающий первичное органическое вещество, можно обсудить геоэкологические проблемы, связанные этими ресурсами.

 Не меньшие трудности возникли с некоторыми видами возобновляемых ресурсов, надежные естественные механизмы регуляции которых прежде не вызывали опасений. Тревогу внушают снижение плодородия почв, продуктивности естественных экосистем, сокращение площади лесов и исчезновение отдельных видов растений и животных.

Гораздо большее значение имеет влияние человека на возобновляемые ресурсы.. Характерной чертой возобновляемых ресурсов является их способность к самовоспроизводству, временные масштабы которого сопоставимы с темпами их изъятия из биосферы в результате эксплуатации и других форм человеческой деятельности.

 Иногда при расточительном использовании некоторые виды возобновляемых ресурсов могут перейти в разряд не возобновляемых или на их возобновление потребуется несоразмерно большое время. Например, почвы, повышающие плодородие при их рациональном использовании, могут резко ухудшиться при неправильных методах обработки, а эрозия, возникающая при этом, часто физически уничтожает почвенный слой. То же можно сказать и о ресурсах растительного и животного мира. При хищническом использовании нарушается способность биологических систем к самовоспроизводству, и тогда эти ресурсы становятся практически не возобновляемыми.

  Уровень устойчивого потребления - наиболее высокая скорость, при которой возобновляемые ресурсы могут быть использованы без снижения возможности их возобновления. При превышении уровня устойчивого потребления происходит деградация ресурса.

  Конечно, это относится и к интенсивному, нерациональному использованию природных ресурсов, при котором может подрываться сама возможность природы к воспроизводству возобновляемых ресурсов, а не возобновляемые ресурсы будут исчерпываться, истощаться быстрее, чем человеческое общество сумеет соответственно перестроить свою экономику, свою хозяйственную деятельность.

  Человечество в отличие от любого другого вида живых организмов живет не только за счет возобновляемых ресурсов, но и абсолютно невосстанавливаемого и незаменимого их запаса, к тому же чем дальше, тем в большей степени.

  В век научно- технической революции человечество начало осваивать почти все доступные ему ресурсы. При этом значительная часть не возобновляемых ресурсов уже использована. Во многих странах некоторые возобновляемые ресурсы (древесина, гидроэнергия, пресная вода) используются практически полностью.

   Процесс фотосинтеза - основа жизнеобеспечения на Земле, а его результат, биологическая продукция, - наиважнейший возобновляемый ресурс. Эти 220 млрд. тонн органического вещества в год - главнейший возобновляемый ресурс экосферы, обеспечивающий сельское хозяйство, лесоводство, рыбное хозяйство и другие сектора экономики, связанные с использованием возобновляемых природных ресурсов [ 2.2].

  Важным моментом в деле рационального природопользования является планирование и прогнозирование использования природных ресурсов. Это особенно касается использования таких возобновляемых и относительно возобновляемых ресурсов, как животный и растительный мир, а также плодородие почв. Планирование использования земельных ресурсов предусматривает разработку и реализацию рациональных севооборотов, планирование использования лесных ресурсов, составление планов вырубки с учётом восстановления лесных массивов. При планировании следует учитывать всё возрастающие темпы использования природных ресурсов и производить перспективный расчёт их потребления на базе математических методов прогнозирования. При этом для реализации сложного комплекса природоохранных работ разрабатывается оперативный план.

Теоретической базой такой разработки могут быть сетевые методы управления, к которым относятся: методы сетевого планирования, методы математического программирования, экспертные методы прогнозирования, методы математико-статистического прогнозирования.

  В этой ситуации также существует возможность "замкнуть" ресурсный цикл. Поскольку леса способны к самовосстановлению, т.е. принадлежат к относительно возобновляемым ресурсам, ресурсный цикл осуществляют таким образом, чтобы использовать особенности леса.

 Учитывается, что при сохранении и накоплении общего запаса древесины в лесах, деловая, требующаяся производству древесина, оказывается исчерпаемым и лишь относительно возобновляемым ресурсом.

Следует иметь в виду двойственную природно-ресурсную сущность лесов, являющихся одновременно источниками (производителями) сырья и средообразующим фактором глобального значения.

 Одним из важнейших лимитирующих факторов выживания человека как биологического вида является ограниченность и исчерпаемость важнейших для него природных ресурсов.

Эти видоизменения носят как позитивный (и необходимый) характер - и для человека,  и для самой природы (повышается биологическая продуктивность, происходит омоложение биоценозов), так и негативный характер (загрязнение природной среды, истощение не возобновляемых ресурсов, ослабление природных возможностей к воспроизводству возобновляемых ресурсов.

 Заметные изменения в биосфере начались с того времени, когда человек начал использовать для удовлетворения своих производственных потребностей внешнюю для биосферы энергию - не возобновляемую энергию ископаемого топлива. В доиндустриальную эпоху человек для своего существования использовал только возобновляемые ресурсы биосферы  в виде ее продукции.  Необходимо стремиться, чтобы общество стало устойчивым.

 Устойчивое общество - это общество, обеспеченное информационными, социальными и институциональными механизмами, способными осуществлять контроль за контурами положительных обратных связей, обуславливающих экспоненциальный рост численности населения и капитала, т. е. общество, удовлетворяющее нужды сегодняшнего поколения, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять их собственные нужды.

В устойчивом обществе темпы потребления возобновляемых ресурсов не превышают темпов их восстановления; темпы потребления не возобновляемых ресурсов не превышают темпов разработки их устойчивой возобновляемой замены; интенсивность выбросов загрязняющих веществ не превышают возможности окружающей среды поглощать их. Такое общество характеризуется почти равным соотношением рождаемости и смертности, достаточным и гарантированным материальным уровнем жизни для всех, обеспечивающимся с помощью контроля численности населения, запасов капитала и технологий.

 Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)-  в современной мировой практике к ВИЭ относят[2.3]: гидроэнергию, солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии, энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской воды, разности температур между воздушной массой и океаном, тепла Земли, биомассу животного, растительного и бытового происхождения.

Существуют различные мнения о том, к какому типу ресурсов следует относить ядерное топливо. Запасы ядерного топлива с учётом возможности его воспроизводства в реакторах - размножителях, огромны, его может хватить на тысячи лет. Несмотря на это,  ядерное топливо обычно причисляют к не возобновляемым ресурсам, поскольку замкнутый топливный цикл еще не достигнут, а его внедрение очень дорого и имеет риски для экологии.

 В 2006 году около 18 %  мирового потребления энергии было удовлетворено из возобновляемых источников энергии, причем 13 % из традиционной биомассы, таких, как сжигание древесины. В 2010 году 16,7 % мирового потребления энергии поступало из возобновляемых источников. В 2013 году этот показатель составил 21 %. Доля традиционной биомассы постепенно сокращается, в то время как доля современной возобновляемой энергии растёт.

  С 2004 по 2013 годы электроэнергии, производимой в Евросоюзе из возобновляемых источников, выросла с 14 % до 25 %[2.4].

Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии в 2010 году. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 318 гигаватт (ГВт.) в 2013 году, и широко используется в странах Европы, США и Китае. 

Производство фотоэлектрических панелей быстро нарастает, в 2008 году было произведено панелей общей мощностью 6,9 ГВт. (6900 МВт.), что почти в шесть раз больше уровня 2004 года.

  Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Крупнейшей в мире геотермальной установкой, является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт. [2.4,2.5].

    Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством  топливного этанола из сахарного тростника. Этиловый спирт в настоящее время покрывает 18 % потребности страны в автомобильном топливе. Топливный этанол также широко распространен в США.

  Крупные несырьевые компании поддерживают использование возобновляемой энергии. Так, IKEA собирается к 2020 году полностью обеспечивать себя за счет возобновляемой энергии. Apple - крупнейший владелец солнечных электростанций, и за счет возобновляемых источников энергии работают все дата -центры компании. Доля возобновляемых источников в энергии, потребляемой Google, составляет 35 %. Инвестиции компании в возобновляемую энергетику превысили $2 млрд. 

  Обобщённые показатели возобновляемой энергии за период 2008-2015 гг. приведены в таблице 2. 1 [2.3-2.5].

Таблица 2.1.  Обобщённые показатели возобновляемой энергии

    Более  подробная информация может быть представлена,сходя их источников,изложенных в [2.5].

Рис.2.1. Доли  использования возобновляемых источников энергии  (ВИЭ) в мире  за 2014 год [2.6].

Перевод основных понятий: Fossil fuels- ископаемое  топливо;  - All renewables - все возобновляемые источники; Nuclear power - ядерная  энергия;- Modern renewables - современные ВИЭ; Traditional biomass- традиционная  биомасса;    Biomass/geothermal/solar heat - биомасса/ геотермальная/ солнечная/  энергия; Hydropower- гидроэнергия;      Wind/solar/biomass/geothermal   power -  ветряная / солнечная /биомассы / геотермальная энергия; Biofuels- биотопливо.

 По состоянию на 2014 год возобновляемые источники энергии обеспечили около 19.2%  от мирового конечного потребления энергии. Из этой суммы доля  традиционной биомассы используемая, в основном, для приготовления пищи и обогрева в отдаленных и в сельских районах развивающихся стран, составила около 8,9%, а современные возобновляемые источники энергии (не включая традиционную биомассу) увеличилась  по сравнению с 2013 годом незначительно­, примерно  до 10,3% ( см. рис.2.1).

  В 2014 году гидроэнергетика составила около 3,9%  от конечного потребления энергии, другие возобновляемые источники энергии составили 1.4%,  на возобновляемые источники тепловой энергии приходится примерно 4.2%  и  на транспортировку биотоплива предусмотрено около 0.8%. Видно, что использование возобновляемых источников энергии быстро растет.

Рис.2.2. Среднегодовые темпы роста ВИЭ и энергетическая способность производства  биотоплива за период 2010-2015 гг. [ 2.7].

Жёлтым цветом  на  конец  2015 года, серым - за  период с 2010 по 2014 год. Электроэнергия, отопление, транспорт. Условные обозначения: Solar PV -солнечная энергия с фотопреобразованием, CSP- Cconcentrating Solar thermal Power - концентрированная тепловая солнечная энергия

Следует заметить, что на  темпы роста различных технологий использования  возобновляемых источников энергии отразились ряд факторов, включая  сложность (дополнительные издержки)  технологий использования возобновляемых источников энергии и повышения  конкуренции  из-за  поддержки политики и инвестиций среди различных возобновляемых технологий в разных станах мира,  хотя низкие цены на нефть повлияли на тягу к новым инвестициям.

  Составляющие мирового производства электроэнергии к концу 2015 года представлены на рис.2.3[ 2.8].

Рис.2.3 Мировое производство электроэнергии в конце 2015 года .

Условные обозначения:

Based on renewable generating capacity at year-end 2015.Percentages do not add up internally due to rounding.-  По результатам  возобновляемых генерирующих мощностей в конце 2015 года. Проценты округлены.

 Сейчас в мире ежегодно  рост возможностей возобновляемых источников энергии  значителен. Он  составляет более 76% от  всех видов ископаемого топлива, вместе взятых.  В 2015 году возобновляемые источники энергии составили, по оценкам, более 60% чистого дополнения к глобальной генерирующие мощности. Это  гораздо выше доли мощностей, добавленных в нескольких странах мира.  К концу 2016 года  возобновляемые источники энергии составят  примерно 28,9% от генерирующих мощностей в мире. Этого  достаточно, чтобы составить,  по оценкам,  23,7% мировой электроэнергии с ГЭС и обеспечить суммарно около 16,6% (см. рис.2. 3).

   Потенциал возобновляемых источников энергии в мире, объединениях и отдельных странах  изображён  на приведенных ниже диаграммах[ 2.9].

Рис.2.4. Потенциал возобновляемых источников энергии в мире, ЕС-28, БРИКС и первых семи стран, в конце 2015 года.

 К концу 2015 года,  ведущими странами  по суммарной установленной возобновляемой электрической мощности  по-прежнему  являются Китай, США, Бразилия, Германия и Канада. Китай  составил более  четверти мощностей возобновляемых источников энергии в мире – в общей сложности приблизительно 495 ГВт., в том числе около 296 ГВт. гидроэнергии. Рассматривая  суммарную емкость, лучшими странами  являются  Китай, США и Германия, за ними последует  Япония, Индия, Италия и Испания (см. рис.2. 4).

   Рабочие места в области возобновляемых источников по их видам и странам приведены в таблице 2.2[2.10].

Таблица 2.2. Работа в области возобновляемых источников энергии

Пояснения и примечания:  данные, приведенные в таблице, являются результатом комплексного обзора основных (национальных учреждений, таких, как Министерства, органы статистики и т. д.) и вторичных (региональные и глобальные исследования) источников данных и представляют собой постоянные усилия, чтобы обновлять и совершенствовать имеющиеся знания. Данные не включают в себя масштабные ГЭС США. Суммарные объёмы  не совпадает  из-за округления. Примечания на ссылки в таблице.

а) мощность и тепловые процедуры (в том числе тепловые насосы в случае с ЕС);  б) 10 МВт часто используется в качестве порога, хотя это противоречиво и не согласовано со многими странами;  с) около 268400 вакансий в  переработке сахарного тростника и 190000 в переработке этанола в 2014 году; также  200 000 косвенных рабочих мест в производстве оборудования и 162,600 вакансии в переработке биодизельного топлива в 2015 году; d) производство оборудования и монтажных работ; е) при получении прямой энергии от биомассы задания не выполняются: имеется только  15500 рабочих мест; f) включено только 227562 рабочих места для  производства этанола и 49,486 рабочих мест для биодизеля в 2015 году;   g) традиционная биомасса в показатели  не входит; h) суммарные мировые  показатели  рассчитывается путем сложения индивидуальных итогов технологий, с учётом 3700 рабочих мест в энергии океана, 11000 рабочих мест в производстве  возобновляемых источников коммунально-бытовых и промышленных отходов и 14000 рабочих мест в других видах работ, которые не могут быть разбиты на перечисленные технологические процессы; i) все данные приведены по ЕС, две страны представлены отдельно;  

j) включены данные по 8300 рабочим мест в финансируемых государством НИОКР и администрацией, участвующих в упомянутых технологических процессах;   k) включены 8000 рабочих мест в использовании возобновляемых источников переработке  муниципальных и промышленных отходов и 3700 рабочих мест в  энергии  океана.

    Конкретное количество рабочих мест в области возобновляемых источников энергии в мире приведено на рис.2.5[ 2.11].

Рис.2.5. Рабочие места  в области возобновляемых источников энергии в мире. Единица измерения  - 50 тыс. работников [2.11].

 Занятость в секторе возобновляемых источников энергии увеличилась на 5% в2015, до 8,1 млн. рабочих мест (прямые и косвенные), по оценкам IRENA( см. рис.2. 5). Солнечная и ветровая  энергии остаются наиболее динамично развивающимся отраслями. Солнечная энергия  и биотопливо  обеспечивают  наибольшее количество рабочих мест. Кроме того, крупные гидроэлектростанции представили 1,3 миллиона прямых рабочих мест в 2015 году.

Рынки возобновляемых источников энергии и занятости характеризовались благоприятными условиями в политике ряда стран,  положительными сдвигами в инвестиции и повышением производительности труда.  Это является ключевым фактором  занятости, и видно, например, в Индии в области солнечной энергетики и ветровой энергии в Бразилии.

Больше всего происходит развёртывание  возобновляемых источников энергии в Азии и  достаточно вяло в Европе, что подтверждается   региональные сдвигами  в цифрах занятости. Между тем, повышение производительности труда и автоматизация негативно влияет на занятость в определенных видах  технологий, таких, как солнечная и в 2015 году биоэнергетика. 

Здесь рост в 2015 году был медленнее, чем в предыдущие годы. В целом, общее количество рабочих мест в мире продолжает расти в разительном контрасте с депрессией рынков труда в более широком энергетическом секторе.

 К концу 2014 года процентное соотношение использования частей ВИЭ по их видам выглядело так, как показано на рис.2.6[2.12].

Рис.2.6. Процентное соотношение использования различных частей ВИЭ на конец 2014 года.

 Для примера  приведены возможности доступа к источникам энергии от  ВИЭ и традиционных (не возобновляемых) источников (рис .2.7,2.8) [ 2.13,2.14].

Рис. 2.7. Потребление электроэнергии в мире по регионам на 2013 год.

 С доступом и без доступа к электроэнергии. Раскрыто более подробно для стран развивающейся Азии, стран, лежащих к Югу от Сахары, городских и сельских жителей.

Рис. 2.8. Доступ к энергии от традиционных (не возобновляемых) видов топлива.

 Показаны  два наиболее распространенных способа измерения доступа к источникам энергии : показатели, связанные с электроэнергией, и  показатели, иллюстрирующие уровень зависимости от твердых или традиционных видов топлива, таких, как биомасса и др. Около 1,2 миллиарда человек по всему миру (17% мирового населения) живут без электроэнергии и 2,7 миллиарда человек не имеют помещений для приготовления пищи (38%мирового населения),подавляющее большинство из которых находятся в Азиатско-Тихоокеанском регионе и в Африке к югу от Сахары.

  Аналитики разных стран и  средства массовой информации в зависимости от мировой цены на нефть и газ каждый раз "убедительно" доказывают выгодность в широком  смысле этого слова,  ВИЭ или НВИЭ. При цене на нефть 110 $/ Bar одни прогнозы, при 60  другие,  при 30- третьи.

·                     "Во-первых, технологии "новых ВИЭ", в частности солнечной и ветро- энергетики, достигли такого уровня развития, что они стали конкурентами традиционных способов производства энергии на основе ископаемого топлива.

·                     Во-вторых, ценовая нестабильность сырьевых рынков заставляет искать альтернативные возможности энергообеспечения.

·                     В-третьих, зависимость от стран - поставщиков энергоносителей толкает государства, не имеющие значительных ископаемых ресурсов, к политике импортозамещения и попыткам сократить эту зависимость.

·                     И, наконец, в-четвертых, глобальное потепление климата, вызванное деятельностью человека, требует новых подходов к энергообеспечению, позволяющих сократить выбросы парниковых газов и тем самым снять или хотя бы уменьшить антропогенный фактор климатических изменений. "

    При этом следует отметить, что реальная стоимость условного мегаватта "зеленой" электроэнергии никому не известна. Есть оценки различных агентств, но нет мирового ориентира как в случае с нефтью, или  газом.